新安江上游流域降水時空分布及變化特征研究

鐘維斌

（黃山水文水資源局,安徽 黃山 245000）

降水作為區域水資源的輸入項,其異常是區域水旱災害的直接驅動[1]。分析研究降水量的時空分布和變化趨勢,按照其變化特點,可為農作物的種植、采收提供更準確的時間定位,對農業經濟長足發展提供有力支撐；為城市水資源分配提供依據,保障城市生活供水質量；能夠推測、監測未來的降水情況,有助于調整供水需求,建立相應的預警措施。同時探究不同等級降水量的變化趨勢和特征,可以預警突發性強降水,避免水位激增、城市積水,人為調節水位平衡,有助于對雨澇災害進行預防,做好相應的抗災工作,為民眾疏散、救援、改進防洪措施等工作提供參考,減少國家經濟損失[2]。

1 流域概況

新安江上游流域地處安徽省南部。屬亞熱帶濕潤季風氣候,四季分明,氣溫年平均值在15.8℃～17.9℃之間；雨量充沛,多年平均降水量1869.5 mm,年降水日數在120 天～200 天,主要集中在3 月～6 月份；濕度較大,年平均相對濕度在80%左右,夏季最大,春秋季次之,冬季最小。流域地形總的為西高東低,海拔范圍在86 m～1630 m 之間。水系雙支：南支正源率水、北支橫江,見圖1。率水為新安江正源,發源于皖贛兩省交界的五龍山脈懷玉山主峰六股尖,最高海拔1630 m,流域面積1522 km2,河道長度138 km；橫江發源于黟縣五溪山脈的白頂山,海拔高程1130 m,流域面積997 km2,河道長度75 km,至斷面上游3500 m 處匯入率水,率水與橫江匯合后始稱新安江。

圖1 新安江上游流域水系圖

2 數據選取

分析資料選用屯溪、上溪口、黟縣、休寧雨量站1956年～2020年,巖前雨量站1957年～2020年,五城雨量站1958年～2020年,呈村雨量站1976年～2020年實測降水數據。

3 降水量時空分布

3.1 時間分布

3.1.1 年際變化規律

降水量年際變化包括年際間的變化幅度和多年變化過程[3]。年際變幅通常用年降水量極值比以及年降水變差系數CV來表示；多年變化過程主要指降水豐、平、枯及連豐、連枯的周期變化特征,其分析方法主要有差積曲線法和均值比較法。

使用1956年～2020年7 個雨量站點降水數據,資料年限不足站點通過與鄰近長系列雨量站建立相關關系,插補延長補齊降水資料,再使用泰森多邊形法計算流域多年面雨量,繪制多年平均面降水量變化過程線,見圖2。本流域多年平均面降水量為1869.5 mm,折合水量為49.9 億m3,年最大降水量為2698.0 mm 發生在1999年,年最小降水量1132.8 mm 發生在1978年,年際間極值比為2.38,年降水變差系數CV為0.20,年際變化較大,多年降水量整體呈現緩慢增加趨勢。

圖2 多年平均面降水量變化過程線

利用多年面降水數據繪制差積曲線圖,見圖3,可知本區年際降水呈豐、枯周期性交替變化,交替變化周期在8年～13年,平均交替周期為11年,具體變化情況見表1。

表1 流域面降水量不同時間系列均值統計表

圖3 降水差積曲線圖

3.1.2 年內變化規律

本流域地處亞熱帶邊緣,距海較近,常為冷暖氣流交匯處,同時受季風影響,春暖多雨、梅雨顯著、秋伏多旱[4]。

年內各月降水量分配不均,主要集中在3 月～7 月,約占全年降水量65%。年內最大月降水量出現的6 月,約占全年的18%；最小月降水量在12 月,僅占全年的3%,月極值比6.2。流域多年平均面降水量月分配見表2。

表2 多年平均面降水量月分配表

3.2 空間分布

3.2.1 地區分布規律

繪制流域多年平均降水量等值線見圖4。該區域有兩個暴雨中心,主暴雨中心在皖贛交界的流口～陽臺一帶,多年平均降水量在2200 mm 以上；次暴雨中心在黃山西南的芳田附近,多年平均降水量2000 mm 左右,一個降水低值區在休寧～屯溪一帶,多年平均降水量約為1800 mm。整體呈現西向東、上游向下游、山地向盆地遞減的趨勢。主要成因是本流域為山區性流域,山地傾斜、山峰陡峻,面對季風的來向十分有利于低空氣流水汽抬升切變為暴雨天氣,形成暴雨中心。而在地勢較低處,水汽受到周圍山體阻滯,不足以抬升形成抬升雨,此區域為降水低值區。

圖4 流域多年平均降水等值線圖

3.2.2 垂直分布規律

在同一地理位置上,地形高程較大的地方降水量一般比地形高程較低的地方降水量大[5]。

使用流域內21 個雨量站點1972年～2020年平均降水量與高程建立關系,分析研究降水在垂直方向上的分布規律,見圖5。可以看出降水量隨海拔升高而增大,兩者具有線性相關關系,橫江流域相關系數R2較高達0.89 為強相關關系；而率水流域為弱相關關系,相關系數R2為0.62。其他無雨量站點地區的降水量可以通過兩個流域高程～降水量關系線推求。

圖5 多年平均降水量與高程關系圖

3.3 不同降水等級的降水天數分析

3.3.1 年際變化規律

選用屯溪雨量站作為流域代表站,對降水天數變化進行分析,多年降水天數變化過程見圖6,降水天數明顯有減少趨勢,減少速率為5.9 d/10 a。

圖6 多年降水天數變化趨勢圖

根據日降水量的大小,可以將降水分為小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨6 個級別[6],其對應的日降水量見表3。

表3 雨量等級劃分

對1956年～2020年65年間不同等級降水天數進行統計見表4。通過該表可以看出,小雨是主要的降水等級,平均每年104 天,最多為150 天,最少為74 天,各年下小雨的天數主要分布在88 天～115 天之間,即全年有1/4～1/3 的天數在下小雨；極值比為2.03,年際變化幅度較大。其次是中雨,每年降水天數主要分布在 27 天～35 天之間,平均每年下中雨天數為31 天,極值比為1.72,年際間的差異相對小些。再次為大雨,每年降水天數主要在11～18 天之間,極值比為5.00,年際間差異最大。暴雨和大暴雨年次數都較少,暴雨平均每年出現5天,而大暴雨有43%的年份未出現。

表4 各年不同等級降水天數

繪制各年不同等級降水天數變化圖,并形成線性趨勢變化線見圖7。可以看出,小雨、中雨降水天數波動不明顯,大雨、暴雨及大暴雨降水天數波動明顯；小雨降水天數整體呈現下降趨勢,遞減速率為6.5 d/10 a,中雨多年降水天數變化趨勢線與均值線基本一致,大雨、暴雨及大暴雨均呈上升趨勢,特別是暴雨上升趨勢明顯,上升速率為0.3 d/10 a。

圖7 各年不同等級降水天數變化趨勢圖

3.3.2 年內變化規律

統計分析各月不同等級降水天數見表5。可知新安江上游流域降水天數主要集中在3 月～6 月,占全年降水天數的42%。各月降水均以小雨為主,3 月小雨降水天數最多。大雨以上級別降水天數從3 月開始明顯增多,至6 月達到極大值共有286 天。暴雨、大暴雨易發在4 月～7 月,占多年發生天數的79%,故防大汛重點時期在4 月～7 月。

表5 各月不同等級降水天數

4 結論

通過對新安江上游流域降水分析研究,發現此流域降水豐沛、水資源豐富。

1）流域降水量時間分布不均,年際降水量呈豐枯周期性交替變化,變化周期約為11年,年內降水量主要集中在3 月～7 月。

2）流域降水量空間分布差距大,平面空間上呈現上游向下游遞減的趨勢,而垂直空間上降水量隨海拔升高而增大。

3）流域每年降水以小雨為主,中雨為輔,大雨、暴雨及大暴雨相對較少。從趨勢分析來看,降水天數呈減少趨勢,主要是小雨降水天數減少明顯；大雨、暴雨及大暴雨呈現上升趨勢,極端氣候易發頻發,需引起關注。

4）流域降水天數主要集中在3 月～6 月,占全年降水天數的42%。暴雨、大暴雨易發在4 月～7 月,占多年發生天數的79%,防大汛重點時期在4 月～7 月。